如果我們實(shí)驗(yàn)確定宇宙中有一個(gè)常數(shù)，那就是真空中的光速c。不管光在哪里，何時(shí)，或朝哪個(gè)方向傳播，它以每秒299792458米的速度，每年傳播1光年（約9萬(wàn)億公里）。大爆炸已經(jīng)有138億年了，這可能會(huì)讓你想到我們能看到的最遠(yuǎn)的天體是138億光年遠(yuǎn)的。但不僅如此，我們能看到的最遠(yuǎn)距離是138億光年距離的三倍多：461億光年。
如果宇宙的年齡是138億年，我們?cè)趺茨芴綔y(cè)到任何距離我們超過138億光年的信號(hào)呢？
我們可以從想象一個(gè)宇宙開始，在那里我們能看到的最遙遠(yuǎn)的物體實(shí)際上是138億光年遠(yuǎn)。要做到這一點(diǎn)，必須有一個(gè)宇宙：
如果你想象你的宇宙是一個(gè)三維的網(wǎng)格，有一個(gè)X，Y，Z軸，空間本身是固定不變的，這是可能的。在遙遠(yuǎn)的過去，天體會(huì)發(fā)出光，光會(huì)穿過宇宙，直到它到達(dá)我們的眼睛，我們會(huì)在“數(shù)年”之后收到與光所經(jīng)過的“光年”數(shù)相同的“光年”。
不幸的是，這三個(gè)假設(shè)都是錯(cuò)誤的。首先，天體之間不會(huì)保持固定的距離，而是可以自由地在它們所占據(jù)的空間中移動(dòng)。宇宙中所有的大量和能量天體相互引力作用使它們移動(dòng)并加速，聚集在一起，如星系和星系團(tuán)，而其他區(qū)域則變得沒有物質(zhì)。
這些力會(huì)變得極其復(fù)雜，從星系中踢出恒星和氣體，產(chǎn)生超快的超高速物體，并產(chǎn)生各種加速度。我們所感知到的光將根據(jù)我們與觀察對(duì)象的相對(duì)速度而紅移或藍(lán)移，光的傳播時(shí)間不一定與任何兩個(gè)對(duì)象之間的實(shí)際當(dāng)前距離相同。
這最后一點(diǎn)非常重要，因?yàn)榧词乖诳臻g是靜止的、固定的、不變的宇宙中，天體仍然可以穿過它。我們甚至可以想象一個(gè)極端的例子：一個(gè)天體位于距離我們138億光年的約138億年前，但以非常接近光速的速度離開我們。
那光仍將以光速向我們傳播，以138億年的時(shí)間跨度穿越138億光年。但當(dāng)這束光到達(dá)今天時(shí)，這個(gè)物體的距離可能是現(xiàn)在的兩倍：如果它以接近光速的速度任意離開我們，距離我們的距離可能高達(dá)276億光年。即使空間的結(jié)構(gòu)沒有隨著時(shí)間的推移而改變，但我們今天可以看到的許多物體可能離我們138億光年遠(yuǎn)。
唯一的問題是，它們的光最多可以傳播138億光年；天體發(fā)出這種光后如何移動(dòng)無(wú)關(guān)緊要。
但空間結(jié)構(gòu)也不是恒定的。這是愛因斯坦的重大啟示，使他形成了廣義相對(duì)論：空間和時(shí)間都不是靜止的或固定的，而是形成了一種稱為時(shí)空的結(jié)構(gòu)，其性質(zhì)取決于宇宙中存在的物質(zhì)和能量。
如果你要取一個(gè)平均充滿某種形式物質(zhì)或能量的宇宙，不管它是正常物質(zhì)、暗物質(zhì)、光子、中微子、引力波、黑洞、暗能量、宇宙弦，或者兩者的任何結(jié)合——你會(huì)發(fā)現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)本身是不穩(wěn)定的：它不能保持靜止不變。相反，它必須要么膨脹要么收縮；天體之間的巨大宇宙距離必須隨著時(shí)間而改變。
從1910年代和1920年代開始，觀察開始證實(shí)了這一點(diǎn)。我們發(fā)現(xiàn)天空中的螺旋狀和橢圓形星云是我們自己以外的星系，我們測(cè)量了它們的距離；我們發(fā)現(xiàn)它們?cè)竭h(yuǎn)，它們的光就越紅移。
在愛因斯坦廣義相對(duì)論的背景下，這得出了一個(gè)肯定的結(jié)論：宇宙正在膨脹。
這比人們通常意識(shí)到的還要深刻?？臻g結(jié)構(gòu)本身并不是隨時(shí)間而保持不變，而是不斷膨脹，推動(dòng)著彼此之間沒有引力束縛在一起的物體。就好像單個(gè)星系和星系團(tuán)是葡萄干嵌入在一個(gè)看不見的（類似空間的）面團(tuán)的海洋中一樣，當(dāng)面團(tuán)發(fā)酵時(shí)，葡萄干就被推開了。這些對(duì)象之間的空間會(huì)擴(kuò)大，從而導(dǎo)致單個(gè)對(duì)象看起來(lái)彼此之間的距離變小。
這對(duì)我們觀察背后的意義有著巨大的影響。當(dāng)我們觀察一個(gè)遙遠(yuǎn)的物體時(shí)，我們不僅僅看到它發(fā)出的光，也不僅僅看到光被光源和觀察者的相對(duì)速度所移動(dòng)。相反，我們看到了膨脹的宇宙是如何從膨脹空間的累積效應(yīng)中影響到光的，這些累積效應(yīng)發(fā)生在它的旅程中的每一點(diǎn)上。
如果我們想探索我們能看到的距離的絕對(duì)極限，我們會(huì)尋找盡可能接近138億年前發(fā)出的光，這些光今天才剛剛到達(dá)我們的眼睛。我們會(huì)根據(jù)我們現(xiàn)在看到的光來(lái)計(jì)算：
在這一點(diǎn)上，我們不僅為少數(shù)天體做到了這一點(diǎn)，而且還為數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的天體做到了這一點(diǎn)，從我們自己的宇宙后院到300多億光年之外的物體。
你問，這些天體怎么可能在300億光年之外？
這是因?yàn)槿魏蝺牲c(diǎn)之間的空間——比如我們和我們觀察的天體——隨著時(shí)間的推移而擴(kuò)大。我們所見過的最遠(yuǎn)的天體已經(jīng)有134億年的光程向我們移動(dòng)；我們現(xiàn)在看到的是大爆炸后的4.07億年，也就是宇宙現(xiàn)在年齡的3%。我們觀察到的光被紅移了大約12倍，因?yàn)橛^察到的光的波長(zhǎng)比發(fā)出時(shí)長(zhǎng)1210%。在那134億年的旅程之后，這個(gè)天體現(xiàn)在距離地球約321億光年，與不斷膨脹的宇宙一致。
基于我們所做的全套觀測(cè)，不僅測(cè)量物體的紅移和距離，還測(cè)量宇宙大爆炸（宇宙微波背景）的余輝，星系的聚集和宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的特征，宇宙、引力透鏡、星系群碰撞、任何恒星形成前產(chǎn)生的光元素的豐度等等——我們可以確定宇宙是由什么構(gòu)成的，以及比例。
今天，我們最好的估計(jì)是，我們生活在一個(gè)由以下組成的宇宙中：
這符合我們所有的數(shù)據(jù)，并導(dǎo)致了一個(gè)獨(dú)特的膨脹歷史，可以追溯到大爆炸的那一刻。從中，我們可以提取出可見宇宙大小的一個(gè)獨(dú)特值：各向461億光年。
如果我們?cè)谝粋€(gè)有138億年歷史的宇宙中所能看到的極限真的是138億光年，那將是一個(gè)非同尋常的證據(jù)，證明廣義相對(duì)論都是錯(cuò)誤的，物體不能隨時(shí)間從一個(gè)位置移動(dòng)到宇宙中更遙遠(yuǎn)的位置。大量的觀測(cè)證據(jù)表明，物體確實(shí)在運(yùn)動(dòng)，廣義相對(duì)論是正確的，宇宙正在膨脹，并由暗物質(zhì)和暗能量的混合所支配。
當(dāng)你把所有已知的東西都考慮進(jìn)去時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)宇宙，它始于大約138億年前的一次大爆炸，此后一直在膨脹，其最遠(yuǎn)的光可以從距離我們461億光年遠(yuǎn)的物體射向我們。在最遙遠(yuǎn)的宇宙邊界，我們與我們所觀察到的遙遠(yuǎn)的、未受束縛的空間之間的空間，繼續(xù)以每年6.5光年的速度膨脹。隨著時(shí)間的推移，宇宙的遙遠(yuǎn)之處天體將從我們的視眼中消失。
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